化学コンピュータ

化学コンピュータは、反応拡散コンピュータ、ベロウソフ・ジャボチンスキー（BZ）コンピュータ、またはグーウェアコンピュータとも呼ばれ、データが化学物質の濃度の変化によって表される半固体の化学「スープ」に基づく非従来型のコンピュータです。^[1]計算は自然に発生する化学反応によって実行されます。

もともと化学反応は、安定した平衡に向かう単純な動きとみなされていたが、計算にはあまり向いていなかった。これは、1950年代にソ連の科学者ボリス・ベロウソフが行った発見によって変わった。彼は、さまざまな塩と酸の間で、さまざまな成分の濃度が周期的に上下に変化するため、黄色と透明の間を行ったり来たり揺れる化学反応を作り出した。当時、これは熱力学の第二法則に反しているように思われたため、不可能だと考えられていた。第二法則によれば、閉鎖系ではエントロピーは時間の経過とともに増加するだけであり、混合物内の成分は平衡に達するまで自己分配し、濃度の変化は不可能になる。しかし、現代の理論的分析では、十分に複雑な反応は、自然の法則を破ることなく、確かに波動現象を含むことができることが示されている。^{[1] [2] （直接目で見て説得力のあるデモンストレーションは、}アナトール・ジャボチンスキーによって達成され、らせん状の色の波が示されたベロウソフ・ジャボチンスキー反応であった。）

BZ反応の波動特性は、他のすべての波と同じように情報を移動できることを意味します。それでも計算は必要ですが、これは従来のマイクロチップでバイナリ コードを使用して複雑な論理ゲートシステムを介して 1 と 0 を送信および変更することによって実行されます。考えられるあらゆる計算を実行するには、 NAND ゲートがあれば十分です(NAND ゲートには 2 ビットの入力があります。両方のビットが 1 の場合は出力が 0 になり、それ以外の場合は 1 になります)。化学コンピューター バージョンでは、論理ゲートは集中波によってさまざまな方法で互いにブロックまたは増幅することによって実装されます。

1989年、光に敏感な化学反応が画像処理を実行できることが実証されました。^[3]これにより、化学コンピューティングの分野が急成長しました。 西イングランド大学のアンドリュー・アダマツキーは、反応拡散プロセスを使用して単純な論理ゲートを実証しました。^{[4]さらに、彼は、}セルオートマトンとしてモデル化された仮想の「2 ⁺媒体」がどのように計算を実行できるかを理論的に示しました。^{[5]アダマツキーは}、ビリヤード台のボールを使用した計算 に関する理論的記事に触発され、この原理をBZ化学物質に適用し、ビリヤードボールを波に置き換えました。2つの波が溶液中で出会うと、1として記録される3番目の波が作成されます。

この技術の現在のバージョンの問題の 1 つは、波の速度です。波は 1 分間に数ミリメートルの速度でしか広がりません。アダマツキー氏によると、この問題は、ゲートを互いに非常に近づけて配置し、信号が確実にすばやく伝達されるようにすることで解消できます。もう 1 つの可能性は、波がはるかに速く伝わる新しい化学反応です。

2014年、スイス連邦材料科学技術研究所（Empa）が率いる国際チームによって化学計算システムが開発されました。この化学計算システムは、酸性ゲルを使用したマランゴニ効果から得られた表面張力の計算を使用して、ポイントAとBの間の最も効率的なルートを見つけ、同じルートを計算しようとする従来の衛星ナビゲーションシステムよりも高速でした。 ^{[6] [7]}

2015年、スタンフォード大学の大学院生は磁場と磁性ナノ粒子を注入した水滴を使ったコンピューターを作成し、化学コンピューターの基本原理のいくつかを示しました。^{[8] [9]}

2015年、ワシントン大学の学生が化学反応用のプログラミング言語を作成した（もともとはDNA分析用に開発された）。^{[10] [11]}

2017年、ハーバード大学の研究者らは、ベロウソフ・ジャボチンスキー反応の非線形ダイナミクスを利用して動作する化学チューリングマシンの特許を取得した。^{[12]彼らが開発したシステムは、}ギブスの自由エネルギーを考慮してチョムスキー型1言語を認識することができる。この研究はその後、チョムスキー型2言語と3言語のシステムを含めて2019年に発表された。^[13]

2020年、グラスゴー大学の研究者らは、BZ媒体の振動を制御するために、3Dプリント部品と磁気スターラーを使用した化学コンピューターを作成した。これにより、バイナリ論理ゲートを計算し、パターン認識を行うことができた。^[14]

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• 「グルーパー コンピューターの紹介」 - ダンカン グラハム ロウによる New Scientist の記事 (アクセス制限あり)
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